关于贵州省兴仁县表层土壤微量元素丰缺评价及相关性分析

代启先

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局二总队，贵州六盘水553004）

微量元素是维持生物体正常生理机能不可缺少的元素。当供给不足时，植物往往表现出特定的缺乏症状，农作物产量降低，质量下降，严重时可能绝产[1]。但稍有过剩就会对植物产生毒害，反而影响作物的产量和品质[2]。因此研究土壤微量元素丰缺状况及其影响因素对提高农产品种植质量显得尤为重要。

本文以 2017 年 10 月～2019 年 9 月完成的兴仁县1∶5 万耕地土壤地球化学调查为基础，以表层土壤为研究对象，对微量元素进行丰缺评价及相关性分析，以便为指导全县科学合理施肥、促进农产品高产稳产提供理论依据。

1 研究区概况

兴仁县地处贵州省西南部。兴仁位属低纬度的高原性中亚热带温和湿润季风气候区。兴仁县地处云南高原向广西丘陵过渡的斜坡面上，境内从西向东，从西北向东南，从西南向东北逐渐倾斜降低。兴仁县出露地层主要为二叠系、三叠系、白垩系、古近系、第四系，其中以三叠系出露较全，下统、中统、上统均有出露，二叠系次之，白垩系、古近系出露较少。兴仁县境地质构造极为复杂，断层褶皱广泛发育。成土母质的分布与土壤类型分布关系十分密切，如碳酸盐岩分布区主要以石灰土为主。

2 工作方法

2.1 样品采集方法

样品采集主要针对0～20cm 浅表层耕地土壤。样品布设在土壤汇集区。以野外实际确定的采样点为中心，根据采样地块形状确定子样的位置。采样地块为长方形时，采用“S”形布设子样点；采样地块近似正方形时，采用“X”形或“棋盘”形布设子样点。子样点需在同一地块内布设，且距采样地块野外样品的GPS 定点点位距离为20～50m。采样地块较小时，应在相同用地类型的地块内采集子样，各子样需等份组合成一件混合样，严禁在不同的土地利用类型的地块内采集子样。验收合格后的样品交制样间，加工前首先除去非土壤杂质（植物残体、石子等），进行试样加工，并将样品充分混匀后，取50g（-20目）土壤样品装袋直接用于pH 值分析。剩下样品由制样人员将样品在小于60℃恒温干燥箱内充分烘干。烘干后的样品混匀后，取80g样品，粉碎至0.074mm（-200 目）分装5 份用于化学分析（凭手感检查样品粒度）。

2.2 测试指标、方法及质量

本次采集耕地土壤样6850 件做微量元素全量分析，采样点分布见图1。Co、Cu、Mn、V、P、K2O 采用X射线荧光光谱法（XRF）；Ge采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）；Se 采用原子荧光光谱法（AFS）；F 采用离子选择电极法（ISE）；有机质采用氧化还原容量法（VOL）；N 采用酸碱滴定容量法（VOL）；I 采用催化光度法（COL）；pH 采用pH 计电极法（ISE）；N 采用酸碱滴定容量法（VOL）。

经检查，所有元素准确度与精密度合格率为100%。重复性检验合格率大于95.51%；报出率达到100%；外检合格率均为100%。测试质量合格，数据可靠。

2.3 数据统计方法

图1 兴仁县表层土壤采样点分布示意图

采用Excel 软件对土壤样品元素或指标的原始数据进行算术平均值、算术标准偏差统计。以Xˉ（算术平均值）±3S（算术标准偏差）剔除原始数据中的离群值后，再统计各类参数。相关性分析采用SPSS22.0软件计算。

3 微量元素丰缺评价

3.1 评价标准

本文采用《贵州省兴仁县耕地质量地球化学调查评价报告》（贵州省有色金属和核工业地质勘查局二总队）中的微量元素分级指标（表1），对微量元素丰缺状况进行评价。

3.2 结果与分析

3.2.1 表层土壤微量元素含量特征

兴仁县耕地土壤中微量元素在空间存在差异，为研究各微量元素全量含量特征，对采集的6850 件样品进行描述统计，列于表2。变异系数反映了元素的空间离散程度。由表2可知：表层土壤微量元素含量整体分布不均匀，变幅大。其中Mn元素或指标变异系数大于1，说明其含量分布比较离散。

3.2.2 表层土壤微量元素丰缺状况

表1 兴仁县表层土壤微量元素分级指标（单位：mg/kg）

表2 兴仁县表层土壤微量元素含量描述统计（n=6850）

本文评价单元分为上限值、一等、二等、三等、四等、五等共计六个单元，Mn、Cu、Se、Ge、I、F、Co、V 等微量元素含量丰缺状况列于表3。

由统计结果可知：表层土壤Mn、Cu、Co、V、F 等微量元素含量均很丰富，含量变幅分别为12.30～96941.00mg/kg、5.27～193.00mg/kg、0.79～188mg/kg、26.3～577.00mg/kg、207.00～9480.00mg/kg，其中 Cu、Co、V等微量元素含量总体处于过剩水平，处于过剩水平的样本数均超过样本总数60%；Ge、I 等微量元素含量处于中等—丰富水平，含量变幅分别为0.65～2.90mg/kg、0.44～26.80mg/kg，处于中等以上水平的样本数均超过样本总数80%；Se 元素含量处于较缺乏水平，含量变幅为0.07～9.00mg/kg，处于稍缺以下水平的样本数超过样本总数60%。

表3 兴仁县表层土壤微量元素丰缺状况表（n=6850）

4 微量元素相关性分析

4.1 微量元素与土壤理化参数相关性分析

采用SPSS22.0 软件对微量元素含量与不同理化参数的相关性进行了分析，结果见表4。

表层土壤Co、Ge等微量元素含量与K2O含量不相关，与pH、有机质、N、P等理化参数呈显著线性拟合关系（P＜0.05）；Mn、Cu、Se、I、F、V 等微量元素含量均与土壤理化参数呈显著线性拟合关系（P＜0.05）。

（1）微量元素与土壤pH值相关性分析。由分析结果可知：Mn、Cu、Se、Ge、I、Co、V 等微量元素含量与土壤pH 值呈负相关，相关性强到弱为Cu＞V＞Co＞Ge＞Se＞I＞Mn；F元素与土壤pH值呈较强正相关。

（2）微量元素与土壤有机质含量相关性分析。由分析结果可知：Co、F、Mn、Ge 等微量元素含量与土壤有机质含量呈负相关，相关性由强到弱为F＞Co＞Ge＞Mn；Cu、V、I、Se等微量元素含量与土壤有机质含量呈正相关，相关性由强到弱为Se＞V＞Cu＞I。

（3）微量元素与土壤K2O 含量相关性分析。由分析结果可知：Co、Ge 等微量元素含量与K2O 含量不相关，Mn、Cu、Se、I、V 等微量元素含量与土壤 K2O 含量呈负相关，相关性由强到弱为V＞Se＞I＞Cu＞Mn；F 元素与土壤K2O含量呈较强正相关。

（4）微量元素与土壤N 含量相关性分析。由分析结果可知：F、Co、Ge 等微量元素含量与土壤N 含量呈负相关，相关性由强到弱为F＞Ge＞Co；Cu、V、I、Mn、Se 等微量元素含量与土壤N 含量呈正相关，相关性由强到弱为Se＞V＞Cu＞I＞Mn。

（5）微量元素与土壤P 含量相关性分析。由分析结果可知：F元素与土壤P含量呈较强负相关；Mn、Cu、Se、Ge、I、Co、V 等微量元素含量与土壤P 含量呈正相关，相关性由强到弱为Cu＞V＞Co＞Ge＞Se＞Mn＞I。

4.2 微量元素间的相关性分析

表4 兴仁县表层土壤微量元素与土壤理化参数相关性分析表（n=6850）

采用SPSS22.0 软件对微量元素间的相关性进行了统计，结果见表5。

表5 兴仁县表层土壤微量元素间的相关性分析表（n=6850）

由分析结果可知：除了Mn与Ge含量不相关外，Cu、Se、I、F、Co、V 等微量元素间均呈显著线性拟合关系（P＜0.05）。其中Cu与V、Co等微量元素呈显著正相关关系，这是因为Cu与V、Co等铁族元素同属第四周期过渡元素，它们的离子半径十分接近，因此在硅酸盐矿物中发生同晶置换时的性质相似[3]；作为唯一性质活泼的矿化剂，F与Cu、V、Co、Se等微量元素呈显著负相关关系，这是因为F元素主要以化合物形式富集于碳酸盐岩矿物而Cu、V、Co、Se等微量元素主要以同晶置换方式富集于硅酸盐矿物所致。

5 结论

（1）兴仁县表层土壤微量元素含量整体分布不均匀，变幅大。

（2）兴仁县表层土壤Mn、Cu、Co、V、F等微量元素含量均很丰富，其中Cu、Co、V等微量元素含量总体处于过剩水平；Ge、I 等微量元素含量处于中等—丰富水平；Se元素含量处于较缺乏水平。

（3）兴仁县表层土壤Co、Ge 等微量元素含量与K2O含量不相关，与pH、有机质、N、P等理化参数呈显著线性拟合关系（P＜0.05）；Mn、Cu、Se、I、F、V 等微量元素含量均与土壤理化参数呈显著线性拟合关系（P＜0.05）。除了Mn与Ge含量不相关外，Cu、Se、I、F、Co、V等微量元素间均呈显著线性拟合关系（P＜0.05）。

（4）在Se 元素含量缺乏区域，适当降低土壤pH值，施加P肥、N肥及有机质肥料可有效提高表层土壤Se 元素含量；在Ge 元素含量缺乏区域，适当降低土壤pH值，施加P肥可有效提高表层土壤Ge元素含量；在I元素含量缺乏区域，适当降低土壤pH 值，施加P 肥、N肥可有效提高表层土壤I 元素含量；在Mn、Cu、Co、V、F等微量元素含量缺乏区域可从其处于过剩水平区域的表层土壤进行迁移补充，在Mn、Cu、Co、V等微量元素含量过剩区域适当提高土壤pH 值可有效稀释其含量，在F元素含量过剩区域适当降低土壤pH值可有效稀释其含量。